鈷、鎳氧化物贗電容器電極材料的合成及電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器又名電化學(xué)電容器，作為一種新型電容器，它具有高電容量、高能量密度、高使用壽命和環(huán)境友好等特點(diǎn)，被廣泛認(rèn)為是能夠在未來(lái)取代鋰電池的儲(chǔ)能裝置。超級(jí)電容器主要組成部分有電極、電解液，其中電極材料作為最核心的部件關(guān)系到超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。
　　本文主要針對(duì)過(guò)渡金屬氧化物和碳材料作為贗電容器電極材料的優(yōu)缺點(diǎn)，合成了一系列金屬有機(jī)骨架配合物，并進(jìn)一步熱處理得到經(jīng)過(guò)表面修飾的過(guò)渡金屬氧化物復(fù)合材料，采用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微

2、鏡、X射線衍射、熱重分析、EDX能譜等手段對(duì)材料進(jìn)行表征及分析了其電化學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容如下:
　　1.合成出兩種鈷基金屬有機(jī)骨架配合物前驅(qū)體:鈷/咪唑-4，5-二羧酸(Co-Im)和鈷/吡啶-2，6-二羧酸(Co-Py)，通過(guò)對(duì)兩種前驅(qū)體進(jìn)行高溫?zé)崽幚淼玫剿难趸?對(duì)應(yīng)的是Co3O4-Im和Co3O4-Py)，通過(guò)掃描電鏡、紅外、熱重分析、X射線衍射、EDX能譜對(duì)物質(zhì)進(jìn)行表征，證實(shí)了其結(jié)構(gòu)與Co3O4符合。發(fā)現(xiàn)Co-Py的分

3、子間連接比Co-Im更牢固，Co-Im在高溫下的熱穩(wěn)定性較差，形成的Co3O4-mm的微觀顆粒直徑分布更集中，且較Co3O4-Py更小。經(jīng)過(guò)計(jì)時(shí)電位法分析了性能，在0.2A/g條件下Co3O4-Im的比電容量高達(dá)233 F/g，Co3O4-Py為177 F/g并且Co3O4-Im在循環(huán)1500次之后Co3O4-Im仍保持了89.8％的性能，Co3O4-Py則為73.7％。Co3O4-Im電阻率低至0.8Ω，Co3O4-Py則為1.25Ω

4、?？梢缘贸鼋Y(jié)論，鈷/咪唑-4，5-二羧酸形成的配合物在熱處理后更易形成Co3O4，且具有更好的形貌和電化學(xué)性能。
　　2.采用液相共沉積的方法以聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)為表面活性劑，分別以丁二酮肟和3-氨-1，2，4-三氮唑-5-羧酸為配體合成鎳基金屬有機(jī)配合物復(fù)合多壁碳納米管的前驅(qū)體，對(duì)前驅(qū)體在空氣中350℃高溫?zé)崽幚砗蟪晒铣沙鲅趸噺?fù)合多壁碳納米管的復(fù)，合材料(Ni-dmg-MWCNTs對(duì)應(yīng)NiO-1，Ni-ATC-MWCN

5、Ts對(duì)應(yīng)NiO-2)，另外使用同樣的方法在沒(méi)有PSS情況下以羧基化多壁碳納米為原料合成了NiO-3和NiO-4。通過(guò)透射電鏡和X射線衍射表征，確定了樣品的NiO結(jié)構(gòu)，NiO-1的碳納米管壁有明顯增厚現(xiàn)象，且表面附著更多的NiO顆粒。通過(guò)計(jì)時(shí)電位法分析，NiO-1比電容量在0.2 A/g條件下達(dá)到了195 F/g，NiO-2、NiO-3、NiO-4分別為131 F/g、132 F/g、73 F/g。通過(guò)表征和電化學(xué)測(cè)試得出結(jié)論， PSS有

6、助于碳納米管在溶劑中很好分散，并且形成的Ni-dmg-MWCNTs前驅(qū)體具有更好的形貌和電化學(xué)性能。
　　3.分別以水和乙醇為溶劑合成出具有規(guī)則微觀形貌的銅摻雜下的鈷基金屬有機(jī)配合物，空氣中高溫?zé)崽幚砗蟮玫窖趸噺?fù)合氧化銅材料(水對(duì)應(yīng)Cu-Ni-1，乙醇對(duì)應(yīng)Cu-Ni-2);經(jīng)XRD和EDX分析，Cu-Ni-1含有少量的CuO摻雜，而Cu-Ni-2形成了NiO/CuO的混合物。計(jì)時(shí)電位分析得出，0.2 A/g下Cu-Ni-2比電容